May 21st, 2008
우리는 마이크로 bioreactors에서 세포의 3 차원 배양을위한 칩 기반의 플랫폼을 설명합니다. 하나의 칩 10 미오 최대 집 수 있습니다. 멸균, 폐쇄 순환 루프에서 유체 흐름, 산소 장력 등에 관한 정확하게 정의된 조건 하에서 재배 세포 수 있습니다.
안녕하세요, 저는 에릭 고트왈드(Eric Gottwald)이고 웨어 공과대학(Ware Institute of Technology)의 생물 계면 연구소(Institute for Biological Interfaces)의 연구 과학자입니다. 그리고 오늘은 당사의 칩 기반 관류 마이크로 생체 활성 시스템을 소개하고자 합니다. 칩을 사용하기 전에 세포 배양 응용 분야에서 폴리머를 가수분해하고 미세 구조 영역을 디레이트해야 합니다.
이것은 칩을 다른 농도의 이소프로판올에 담그기만 하면 100%로 시작하여 각 농도에 칩을 몇 초 만에 담그고 마지막 단계는 물입니다. 그 후, 칩이 건조되고 마지막으로 세포가 폴리머에 쉽게 접착할 수 있도록 한 가지 용액인 콜라겐으로 칩을 코팅해야 합니다. 이것은 미세 구조 영역 위에 하나의 용액인 콜라겐 몇 방울을 떨어뜨리면 이루어지며, 이 상태에서 칩은 하룻밤 동안 섭씨 4도에서 배양됩니다.
콜라겐 1 용액으로 하룻밤 배양 후 용액을 제거하고 칩을 멸균 PBS로 세척 한 후 PBS를 제거하고 칩을 이제 세포의 접종 준비가됩니다. 이제 우리는 세포 우주선에 단일 세포의 현탁액을 접종할 것이며, 이는 미세 구조 영역 위에 150마이크로리터의 세포 현탁액을 놓기만 하면 됩니다. 세포가 증착된 후, 칩은 인큐베이터에서 37도에서 3시간 동안 배양됩니다.
3시간의 배양 기간이 끝나면 칩이 인큐베이터에서 제거되고 이제 엑터에 삽입할 준비가 됩니다. 이를 위해 엑터는 멸균 포장에서 꺼내지고 이 투명 호일의 감마선 조사에 의해 무균 상태가 달성됩니다. 따라서 패키지를 열고 ector를 제거하기만 하면 됩니다.
우리가 다음에 할 일은 병 상단을 이 매체 저장소에 삽입하여 칩 삽입을 위해 생물 반응기 하우징을 분해할 수 있도록 하는 것입니다. 바이오리액터 하우징을 연 후 지금 칩을 삽입할 수 있으며, 이는 칩을 바이오리액터 하우징의 홈에 배치하기만 하면 되며, 이제 bactor를 다시 조립할 수 있습니다. 마지막으로 우리가 해야 할 일은 제균 필터를 매체 저장소와 하나의 멸균 샘플링 포트에 연결해야 한다는 것입니다.
폐쇄 순환 루프에서 실제 산소 장력을 측정하기 위해 이 두 커넥터 사이에 두 개의 산소 센서를 장착하기만 하면 삽입합니다. 이제 배양액을 배양할 준비가 되었습니다. 이제 bactor 시스템은 세포 배양 배지로 채울 준비가 되었으며, 이는 폐쇄 순환 루프를 롤러 펌프에 연결하기만 하면 됩니다.
이를 통해 전체 bactor 순환을 동시에 저하시킬 것입니다. 여기 Ector 창에서 볼 수 있듯이 아래에서 올라오는 매체가 올라가고 올라가고 bactor를 맨 위에 두는 것을 볼 수 있습니다. Bactor 시스템을 인큐베이터에 배치하기 전에 순환 루프의 기포 없는 충전을 제어합니다.
이제 시스템이 세포 배양 배지로 완전히 채워졌으며 생물 반응기를 인큐베이터로 옮길 수 있습니다. 이제 우리는 bi rector를 배양 챔버에 배치 할 것입니다. 그리고 이를 위해 처음에는 조금 전에 이미 보았듯이 bi rector가 롤러 펌프에 연결되고 이제 ector는 병의 이 매체에 의해 적극적으로 관류됩니다.
그리고 주변 산소 농도를 유지하기 위해 매체 저장소를 가스 공급 장치에 연결합니다. 마지막으로 두 개의 산소 센서를 순환계에 연결하여 시스템의 산소 장력을 온라인으로 모니터링합니다. 이제 설정이 완료되었으며 실험을 설계한 한 한 실행할 수 있습니다.
MicroCon 용기 내부 세포의 유기형 기능을 분석하는 동안 가장 강력한 도구 중 하나는 여기에서 볼 수 있는 레이저 스캐닝 현미경입니다. 레이저 스캐닝 현미경은 MicroCon 용기 하나하나를 파괴하지 않고 들여다볼 수 있는 기회를 제공합니다. 또한 MicroCon 용기 또는 칩은 기존의 면역 염색 면역형광 방법에 사용할 수 있기 때문에 마이크로 용기 내부에서 모든 종류의 마커 및 유기형 기능을 검출할 수 있습니다.
여기 보시다시피, 이 칩의 애니메이션에서 바닥은 MicroCon 용기 벽뿐만 아니라 셀로 완전히 채워져 있습니다. 우리는 꽤 살아 있는 세포를 많이 가지고 있지만, 죽은 세포는 매우, 매우 적습니다. 다음 그림은 MicroCon 컨테이너 내부에서 모든 종류의 유기형 기능을 감지할 수 있음을 보여줍니다.
예를 들어, 간세포의 경우, 알부민 생산 또는 E는 세포에서 발현을 들을 수 있는데, 여기 오버레이에서 잘 볼 수 있습니다. 핵은 파란색으로 염색되었습니다. 본원의 에코는 녹색으로 염색되고, 알부민은 빨간색으로 발현되거나 염색됩니다.
보시다시피, 간세포에서 기대하는 모든 유기형 기능은 이런 종류의 3D 문화에서 멋지게 표현됩니다. 또한, 우리는 또 다른 간세포 마커를 살펴보았는데, 이것은 사이토케라틴 18이었고, 이 사진은 사이토케라틴 18이 이러한 종류의 배양에서도 잘 발현된다는 것을 보여줍니다. 그리고 이것은 이러한 종류의 유기형 기능이 다른 유기형 문화에도 유용할 수 있다는 것을 확신시켜 줄 수 있기를 바랍니다.
Biore 실험이 끝난 후 칩은 예를 들어 총 RNA와 같은 모든 종류의 세포 구성 요소를 분리하는 데 사용할 수 있습니다. 여기에서 볼 수 있듯이 여기에서는 생물 반응기 시스템에서 분리된 총 섭취 RNA를 보여줍니다. 그런 다음 이 총 RNA는 예를 들어 실시간 PCR 또는 여기에서 볼 수 있듯이 마이크로어레이 분석과 같은 다운스트림 응용 분야에 사용할 수 있습니다.
또한 원형(intact) 세포를 시스템에서 분리할 수 있으며 이러한 세포는 기존의 유세포 분석 분석에 사용할 수 있습니다. 여기에서 볼 수 있듯이, 이 시스템이 유기형 반응이 필요한 모든 종류의 응용 분야에 유용할 수 있다는 점과 이 시스템이 예를 들어 줄기 세포 응용 분야와 같이 지금까지 고려하지 않은 모든 종류의 응용 분야에 유용할 수 있다는 것을 보여줄 수 있기를 바랍니다.
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이 기사는 마이크로 생물반응기에서 세포의 3차원 배양을 위해 설계된 칩 기반 플랫폼을 제시합니다. 이 시스템은 무균, 폐쇄 순환 루프 내에서 제어된 조건 하에서 최대 1천만 개의 세포를 배양할 수 있게 합니다.
Chip-based three-dimensional cell culture in perfused micro-bioreactors enables high-density, organotypic cell growth under controlled, physiologically relevant conditions. This platform addresses the need for predictive in vitro models that bridge the gap between traditional monolayer cultures and in vivo systems, supporting early discovery and translational research. Its modularity and compatibility with advanced analytics position it as a reusable asset for portfolio-wide R&D initiatives.
This chip-based 3D culture system integrates into the discovery-to-preclinical continuum, enabling hypothesis testing, target validation, and translational research within a single platform.